用於孔徑天線的波束控制器和具有其的孔徑天線的製作方法

2024-03-05 01:54:15

專利名稱：用於孔徑天線的波束控制器和具有其的孔徑天線的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於孔徑天線的波束控制器和具有其的孔徑天線，更具體地，本發明 涉及形成有多條狹縫和多個襯片的波束控制器，以及具有該波束控制器以形成期望形式的 天線波束的孔徑天線。
背景技術：
通常，天線向自由空間發射無線電波或者從自由空間接收無線電波。劃分天線種 類的標準很多。通常，可以將天線分為線性天線、孔徑天線、微帶天線、陣列天線、反射器天 線、透鏡天線等。從天線發射的無線電波具有預定的模式，其中，發射的無線電波的極化可以根據 電場或磁場振動的方向和電波傳播的方向分為線性極化波、圓極化波、橢圓極化波等。在上述天線中，陣列天線是指通過排列大量天線元件來控制每個元件的勵磁電流 的相位、並通過在特定方向上對準天線並匹配天線的相位來控制主要波束的形狀的天線， 並主要用於衛星的自動定向天線等。有必要根據天線的應用領域來形成期望的波束形狀。但是，單個天線，喇叭天線只 有在天線的物理大小改變時才能形成期望形狀的天線波束。

發明內容
為了提供一種通過使用將多層基板插入單個天線的波束成形機構而在不改變天 線物理大小的情況下以低成本容易地形成期望的波束的波束控制器以及具有該波束控制 器的孔徑喇叭天線，完成了本發明。本發明的一個示例性實施方式提供一種喇叭天線，包括波導；孔徑喇叭，其一端 連接至波導，另一端設置有開口 ；以及波束控制器，包括連接至開口的且設置有多條狹縫的 饋送單元、連接至饋送單元的電介質層、連接至電介質層以控制引入饋送單元並通過襯片 發射的信號的波束形狀的襯片。當孔徑喇叭為稜錐型喇叭時，波束控制器可以是四邊形多層基板。當孔徑喇叭為圓形喇叭時，波束控制器可以是圓盤型多層基板。波束控制器可以根據狹縫的長度和狹縫相對於發射信號的電場方向的傾斜度中 的任意一個來控制信號的波束形狀。波束控制器可以與開口的內表面相連接。波束控制器可以與開口的一端相連接。多條狹縫可以被形成為，在多條狹縫從波束控制器邊緣向其中央部前進的同時， 提高通過相應襯片發射的信號的強度。多條狹縫可以在發射信號的電場方向上形成。多條狹縫中的每一條在從波束控制器邊緣向其中央部前進的同時延長地形成。多條狹縫中的每一條被形成為在從波束控制器邊緣向其中央部前進的同時，相對於電場方向的角度增加。本發明的另一示例性實施方式提供一種波導天線，包括波導，其一端形成有開 口 ；以及波束控制器，包括連接至開口並設置有多條狹縫的饋送單元、連接至饋送單元的電 介質層、連接至電介質層以控制引入饋送單元並通過襯片發射的信號的波束形狀的多個襯 片。波束控制器可以根據狹縫的長度和狹縫相對於發射信號的電場方向的傾斜度中 的任意一個來控制信號的波束形狀。波束控制器可以與開口的內表面或開口的一端相連接。在多條狹縫從波束控制器邊緣向其中央部前進的同時，可以以提高通過相應襯片 發射的信號的強度的方式在發射信號的電場方向上形成多條狹縫。 多條狹縫在從波束控制器邊緣向其中央部前進的同時可以延長地形成。多條狹縫中的每一條被形成為具有相對於電場方向的預定角度。本發明的又一示例性實施方式提供一種波束控制器，包括饋送單元，與孔徑天線 的開口相連接並形成有多條狹縫；電介質層，與饋送單元相連接以防止饋送信號的損耗; 以及多個襯片，與電介質層相連接以向空中發射饋送信號，其中，波束控制器根據狹縫的長 度和狹縫相對於發射信號的電場方向的傾斜度中的任意一個來控制信號的波束形狀。多條狹縫被形成為在從波束控制器邊緣向其中央部前進的同時，提高通過相應襯 片發射的信號的強度。多條狹縫中的每一條在從波束控制器邊緣向其中央部前進的同時延長地形成。多條狹縫中的每一條被形成為在從波束控制器邊緣向其中央部前進的同時，相對 於信號的電場方向的角度增加。根據本發明的示例性實施方式，波束控制器及具有其的孔徑天線可以在不改變天 線物理結構的情況下容易地形成期望形狀的發射波束。此外，根據本發明的示例性實施方式，波束控制器及具有其的孔徑天線能夠使用 以多層基板形成的波束控制器來控制波束形狀，從而使降低孔徑天線的製造成本成為可 能。


圖1是包括根據本發明示例性實施方式的波束控制器的孔徑喇叭天線的分解透 視圖；圖2A和圖2B分別是根據本發明示例性實施方式的波束控制器的前視圖和後視 圖；圖3是沿圖1的線B-B』截取的波束控制器的側面剖視圖；圖4A和圖4B分別是沿圖1的線A_A』截取的孔徑喇叭天線的側面剖視圖；圖5A和圖5B及圖5C和圖5D是現有技術的孔徑喇叭天線的波束形狀和根據本發 明示例性實施方式的孔徑喇叭天線的波束形狀的對比圖；圖6是根據本發明示例性實施方式的形成有狹縫的波束控制器的後視圖；圖7示出了波束控制器中的具有各種長度和傾斜度的狹縫；圖8是根據本發明另一示例性實施方式的形成有狹縫的波束控制器的後視圖；以及圖9A、圖9B和圖9C分別示出了能夠與根據本發明示例性實施方式的波束控制器 連接的孔徑喇叭天線和波導天線的實例。
具體實施例方式以下，將參照附圖對本發明的示例性實施方式進行詳細說明。首先，注意，在每幅 附圖給出的元件的參考標號方面，雖然在不同的附圖中示出相同的元件，但相同的參考標 號指的是相同的元件。此外，在說明本發明的過程中，在其被認為模糊了本發明主旨的情況 下，將不會對現有的公知功能或構造進行詳細說明，且單數術語包含複數概念。以下，將對 本發明的示例性實施方式進行說明，本領域技術人員應當理解，本發明的精神和範圍不限 於此，可以進行各種修改和改變。圖1是包括根據本發明示例性實施方式的波束控制器的孔徑喇叭天線的分解透 視圖，圖2是根據本發明示例性實施方式的波束控制器的前視圖和後視圖，圖3是沿圖1中 線B-B』截取的波束控制器的側面剖視圖，圖4是沿圖1中線A-A』截取的孔徑喇叭天線的 側面剖視圖。以下，將參照圖1 圖4對根據本發明示例性實施方式的孔徑喇叭天線100和波 束控制器200進行詳細說明。根據圖1 圖3，根據本發明示例性實施方式的孔徑喇叭天線100被配置為包括 波導Iio ；孔徑喇叭120，其一端連接至波導，另一端設置有開口 121 ；饋送單元210，與開口 相耦合併設置有多條狹縫211 ；波束控制器200，包括連接至饋送單元的電介質層220，以及 連接至電介質層以控制引入饋送單元並通過襯片發射的信號的波束形狀的多個襯片230。當孔徑喇叭為稜錐形時，波束控制器200以四邊形多層基板形成，當孔徑喇叭為 圓形時，則以圓盤型多層基板形成波束控制器200。可以將多條狹縫211形成為具有各種長度L和(相對於在金屬材料板(即，饋送 單元210)上的發射信號的電場方向的)各種角度θ。另外，可以將多條狹縫211形成為在 饋送單元上具有相同的長度和相同的角度，並且可以根據期望的波束形狀將其形成為具有 不同的長度和不同的角度。波束控制器200可以根據狹縫的長度L和狹縫相對於發射信號的電場方向ε的 傾斜度θ中的至少一個來控制信號的波束形狀。參照圖2和圖3，從波導110空間地饋送到孔徑喇叭120中的信號分別通過在波束 控制器200後表面處形成的多條狹縫211饋送到波束控制器200，從在波束控制器200前 表面處形成的多個襯片230發射，並形成期望的波束形狀。孔徑喇叭天線100在波束控制 器處可以具有多種大小/數量的狹縫以及多種大小的襯片，以控制從每個襯片發射的信號 的大小/相位，從而使獲得與陣列天線相同的效果成為可能。即，即使當使用單個喇叭天線 時，孔徑喇叭天線也能與陣列天線類似地控制波束形狀。以如下方式形成波束控制器200。在電介質層220的前表面和後表面上形成金屬層，然後移除除了襯片部分以外的 其餘金屬層以在電介質層220的前表面上形成多個襯片230，並移除電介質層220後表面的 金屬層中對應於多條狹縫211的金屬層部分。在這種情況下，通常採用蝕刻法作為移除金屬層的方法。即，狹縫極性採用如下原理，其中，信號入射至金屬然後從那裡反射，但是引入 金屬間隙中。在不移除中間層(即，形成有多條狹縫的饋送單元210和多個襯片之間的電 介質層)的情況下，通過多個襯片以儘可能低的損耗率發射分別饋送到狹縫的信號。參照圖4，波束控制器200連接至孔徑喇叭的開口 121。在這種情況下，如圖4A所 示，波束控制器200可以通過插入到孔徑喇叭的開口 121中而與其連接，從而孔徑喇叭的開 口的遠端內表面122與波束控制器邊緣側表面相接觸。另外，如圖4B所示，波束控制器200 可以與孔徑喇叭的開口 121相連接，從而喇叭的開口 121的截面與饋送單元的邊緣相接觸。 前者的連接形式有利於連接。即使在這種情況下，優選地，通過將電介質螺釘從開口的外部 遠端插入波束控制器中來連接波束控制器與開口。在多條狹縫211從波束控制器邊緣向其中央部前進的同時，其可以被形成為提高 從相應襯片發射的信號強度。在這種情況下，優選地，多條狹縫211中的每一條在從波束控 制器200的邊緣向其中央部前進的同時延伸地形成；或者多條狹縫中的每一條被形成為使 得在其從波束控制器邊緣向其中央部前進的同時，相對於電場方向的角度增大。由於狹縫的形成和排列，當波束強度在波束控制器的中央部變大而在其剩餘的邊 緣部分變弱時，即，當旁瓣較小且波束集中在其中央時，波束寬度較窄，這可以應用於需要 窄波束寬度的用途。此外，根據狹縫長度的變化和狹縫角度的變化恰當地控制狹縫的形成 和排列，從而使獲得與上述波束形狀不同的波束形式成為可能。圖5A和圖5B示出了現有技術的孔徑喇叭天線及現有技術的孔徑喇叭天線的波束 形狀，圖5C和圖5D示出了根據本發明示例性實施方式的包括波束控制器的孔徑喇叭天線 及孔徑喇叭天線的波束形狀。為了視覺上的方便，圖5C示出了從圖1的孔徑喇叭天線移除 了波束控制器的狀態。參照圖5，現有技術的孔徑喇叭天線被形成為使得從開口發射的波束形狀在其中 央部較小，而根據本發明示例性實施方式的孔徑喇叭天線可以改變狹縫的方位角/仰角、 方向和數量以及狹縫的大小，以便其能夠控制波束以獲得期望的波束形狀，與(排列有多 個天線的)陣列天線相似或相同。因此，通過經由襯片向開口的中央部集中信號能量，通過 狹縫饋送的信號形成了期望的波束形狀。圖6是根據本發明示例性實施方式的形成有狹縫的波束控制器的後視圖，圖7示 出了波束控制器中形成的具有各種長度和傾斜度的狹縫，圖8是根據本發明另一示例性實 施方式的形成有狹縫的波束控制器的後視圖。如上所述，根據本發明示例性實施方式的波束控制器控制在後表面上形成的多條 狹縫的傾斜度和狹縫的長度從而決定從狹縫發射的信號強度。參照圖6，根據本發明另一示例性實施方式的波束控制器300包括在其後表面上 (從基於電介質層320的饋送單元310在垂直於電場方向ε的方向上)形成的五條狹縫 311和在其前表面上形成的五個襯片330。五個襯片330具有相同的大小，且五條狹縫在長 度L和相對於電場方向ε的角度θ方面也相同，從而通過各狹縫發射的信號大小變得相 同。波束控制器控制多條狹縫中的每條的長度和相對於電場方向的角度θ，以使通過 在後表面上形成的多條狹縫饋送的信號大小相對地不同。參照圖7和圖8，使用者將波束控制器400設計成包括五個襯片430和相應的五條狹縫411，從而從孔徑喇叭的開口的中央發射的信號的大小大於從孔徑喇叭的開口的邊緣 發射的信號的大小，以便通過襯片430發射的信號的幅度比可以為1 2 3 2 1。首先，如圖7中所示，獲得從邊緣向中央形成的狹縫S的長度L1、L2、L3和傾斜度 Θ1、θ 2、θ 3，以使信號的幅度比變為1 2 3。利用所獲得的狹縫的長度和傾斜度，在 波束控制器400中從襯片430的中央左右對稱地形成狹縫411。波束控制器400將具有小 能量的信號發射到其邊緣並將具有大能量的信號發射到其中央部，從而發射的波束形狀變 為使用者期望的形狀。這裡，狹縫S的長度為Ll < L2 < L3，而狹縫S的傾斜度θ 1 < θ 2 < θ 3。圖9示出了能夠與根據本發明示例性實施方式的波束控制器連接的孔徑喇叭天 線和波導天線的實例。圖9Α示出了使現有技術的稜錐型喇叭天線與矩形板波束控制器相連接的實例， 圖9Β示出了使現有技術的圓形喇叭天線與圓盤波束控制器相連接的實例，以及圖9C示出 了將現有技術的波導天線與矩形板波束控制器相連接的實例。波束控制器可以從孔徑喇叭天線或波導天線的開口拆下。在這種情況下，優選地， 在開口中設置波束控制器的可拆卸部件。此外，可以在波束控制器中形成波束控制器的可 拆卸部件。如上所述，根據本發明示例性實施方式的包括形成有多條狹縫和多個襯片的多層 基板形式的波束控制器的孔徑喇叭天線，能夠形成從單個天線發射的信號的波束形狀。對本發明的精神已經進行了舉例說明。本領域技術人員應當理解，在不背離本發 明基本特性的情況下，可以存在各種修改、改變和替換。因此，本發明所公開的實施方式及 所用附圖並不是為了對本發明的精神進行限制而是為了進行說明。本發明的範圍不限於實 施方式和附圖。本發明的保護範圍必須通過所附權利要求進行分析，且應該在其等同物的 範圍內的所有精神都包括在本發明所附權利要求的情況下進行分析。
權利要求
1.一種喇叭天線，包括波導；孔徑喇叭，其一端連接至所述波導，另一端設置有開口 ；以及波束控制器，包括連接至所述開口且設置有多條狹縫的饋送單元、連接至所述饋送單 元的電介質層、連接至所述電介質層以控制引入所述饋送單元並通過襯片發射的信號的波 束形狀的多個所述襯片。
2.根據權利要求1所述的喇叭天線，其中，當所述孔徑喇叭為稜錐型喇叭時，所述波束 控制器是四邊形多層基板。
3.根據權利要求1所述的喇叭天線，其中，當所述孔徑喇叭為圓型喇叭時，所述波束控 制器是圓盤型多層基板。
4.根據權利要求1所述的喇叭天線，其中，所述波束控制器根據所述狹縫的長度和所 述狹縫相對於發射信號的電場方向的傾斜度中的任意一個來控制信號的波束形狀。
5.根據權利要求1所述的喇叭天線，其中，所述波束控制器與所述開口的內表面相連接。
6.根據權利要求1所述的喇叭天線，其中，所述波束控制器與所述開口的一端相連接。
7.根據權利要求1所述的喇叭天線，其中，所述多條狹縫被形成為，在所述多條狹縫從 所述波束控制器邊緣向其中央部前進的同時，提高通過相應襯片發射的信號的強度。
8.根據權利要求7所述的喇叭天線，其中，所述多條狹縫在所述發射信號的電場方向 上形成。
9.根據權利要求8所述的喇叭天線，其中，所述多條狹縫中的每一條在從所述波束控 制器邊緣向其中央部前進的同時延長地形成。
10.根據權利要求8所述的喇叭天線，其中，所述多條狹縫中的每一條被形成為在從所 述波束控制器邊緣向其中央部前進的同時，相對於所述電場方向的角度增加。
11.一種波導天線，包括波導，其一端形成有開口 ；以及波束控制器，包括連接至所述開口且設置有多條狹縫的饋送單元、連接至所述饋送單 元的電介質層、連接至所述電介質層以控制引入所述饋送單元並通過襯片發射的信號的波 束形狀的多個所述襯片。
12.根據權利要求11所述的波導天線，其中，所述波束控制器根據所述狹縫的長度和 所述狹縫相對於所述發射信號的電場方向的傾斜度中的任意一個來控制所述信號的波束 形狀。
13.根據權利要求11所述的波導天線，其中，所述波束控制器與所述開口的內表面或 所述開口的一端相連接。
14.根據權利要求13所述的波導天線，其中，在所述多條狹縫從所述波束控制器邊緣 向其中央部前進的同時，以提高通過相應襯片發射的信號的強度的方式在所述發射信號的 電場方向上形成所述多條狹縫。
15.根據權利要求14所述的波導天線，其中，所述多條狹縫在從所述波束控制器邊緣 向其中央部前進的同時延長地形成。
16.根據權利要求14所述的波導天線，其中，所述多條狹縫中的每一條被形成為具有相對於所述電場方向的預定角度。
17.一種波束控制器，包括饋送單元，與孔徑天線的開口相連接並形成有多條狹縫； 電介質層，與所述饋送單元相連接以防止饋送信號的損耗；以及 多個襯片，與所述電介質層相連接以將所述饋送信號發射到空中， 其中，所述波束控制器根據所述狹縫的長度和所述狹縫相對於所述信號的電場方向的 傾斜度中的任意一個來控制信號的波束形狀。
18.根據權利要求17所述的波束控制器，其中，所述多條狹縫被形成為在從所述波束 控制器邊緣向其中央部前進的同時，提高通過相應襯片發射的信號的強度。
19.根據權利要求17所述的喇叭天線，其中，所述多條狹縫中的每一條在從所述波束 控制器邊緣向其中央部前進的同時延長地形成。
20.根據權利要求17所述的波束控制器，其中，所述多條狹縫中的每一條被形成為在 從所述波束控制器邊緣向其中央部前進的同時，相對於所述信號的電場方向的角度增加。
全文摘要
本發明涉及用於孔徑天線的波束控制器及具有其的孔徑天線。一種孔徑天線，能夠通過連接波束控制器與單個孔徑天線而在不改變孔徑天線的結構的情況下控制所發射的波束的形狀。包括根據本發明的波束控制器的孔徑天線包括波導；孔徑喇叭，其一端連接至波導，另一端設置有開口；以及波束控制器，包括連接至開口並設置有多條狹縫的饋送單元、連接至饋送單元的電介質層、連接至電介質層以控制引入饋送單元並通過襯片發射的信號的波束形狀的襯片。
文檔編號H01Q13/02GK102142613SQ20101058526
公開日2011年8月3日 申請日期2010年12月10日 優先權日2009年12月10日
發明者金泳完 申請人:裡格奈科斯1株式會社